基于SDF-1/CXCR4轴介导的间充质干细胞募集探讨补肾法促进骨质疏松性骨折愈合的作用机制

Based on the theory of “kidney storing essence”, the effectiveness of Tonifying-kidney Formula in the treatment of osteoporosis and the results of clinic study on osteoporotic fractures, and mobilization and migration of mesenymal stem cells (MSCs) are mainly controlled by stromalcell-derived factor 1 (SDF-1) and its receptor CXC chemokine receptor 4 (CXCR4). We put forward a hypothesis that the effectiveness of TKF for osteoporotic fractures is based on the migration of mesenchymal stem cells regulated SDF-1/CXCR4 axis. So, the proposal to research the effect of TKF on callus formation, and behaviors of MSCs in the process of healing of osteoporotic fractures. The aim of the study is looking for proof to support our hypothesis and questing further evidence for the “kidney storing essence” theory, and enriching the knowledge of the treatment of osteoporotic fractures.

从"肾主骨生髓"的中医经典理论出发，基于补肾方可通过改善骨质疏松动物骨折后MSCs动员而促进骨愈合的前期研究结果，再结合"SDF-1/CXCR4 轴依赖的MSCs定向迁移是骨损伤修复的重要环节"的进展，提出补肾法可通过SDF-1/CXCR4轴介导的干细胞募集来促进骨质疏松性骨折愈合的假说。利用细胞培养技术，BrdU细胞标记示踪技术与显微CT技术等，通过体外、体内实验，观察补肾方及其温肾阳/养肾阴拆方对骨质疏松性骨折愈合的作用，以及对于SDF-1/CXCR4轴相关因子表达、MSCs定向迁移的影响；观察骨质疏松性骨折动物是否存在SDF-1/CXCR4轴介导干细胞募集行为改变进而影响骨损伤修复机制；明确补肾方是否通过SDF-1/CXCR4轴来加强干细胞的骨损伤修复机制；进而探索温肾阳/养肾阴组分对于前述过程的影响，为丰富骨质疏松性骨折治疗的中医理论和充实"肾主骨生髓"的现代科学内涵提供实验依据。

课题组在补肾方可通过改善骨质疏松动物骨折后MSCs动员而促进骨愈合的前期研究结果的基础上，结合"SDF-1/CXCR4 轴依赖的MSCs定向迁移是骨损伤修复的重要环节"的进展，通过体内实验，利用包括模型动物制备、骨髓及血清流式细胞术、显微CT技术、实时荧光定量PCR、Western-blot、血清ELISA检测、免疫组织化学等技术，研究显示补肾中药（补肾方）及其拆方（养肾阴、温肾阳拆方）能改善实验动物骨质疏松性骨折愈合的质量，且补肾方更具有优势，补肾中药对于CXCR4阳性MSCs的动员未见特异性的作用。在体外研究部分，利用细胞培养技术、BrdU细胞标记示踪技术、CCK-8细胞增殖检测、transwell迁移实验等，观察到外源性MSCs迁移至损伤部位，在各组中药干预后可不同程度上调细胞CXCR4 mRNA及蛋白表达量，其中养肾阴组效应最强。综上所述，补肾中药（补肾方）及其拆方（养肾阴、温肾阳拆方）能改善实验小鼠骨质疏松性骨折愈合的质量，通过促进MSCs细胞CXCR4表达上调，从而促使外周MSCs向损伤部位迁移是其效应机制之一，且养肾阴中药具有作用优势。研究结果初步验证了补肾法通过SDF-1/CXCR4轴介导的干细胞募集来促进骨质疏松性骨折愈合的假说，不仅丰富了骨质疏松性骨折治疗的中医理论和为"肾主骨生髓"的现代科学内涵提供实验依据，为中医药治疗骨质疏松性骨折遣方用药提供了研究依据。